DE10356807A1 - Positive displacement gear pump for use in e.g. internal combustion (IC) engine, has pump case formed of material e.g. steel, whose coefficient of thermal expansion is lower than that of material e.g. zinc, for pair of gears - Google Patents

Positive displacement gear pump for use in e.g. internal combustion (IC) engine, has pump case formed of material e.g. steel, whose coefficient of thermal expansion is lower than that of material e.g. zinc, for pair of gears Download PDF

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Abstract

A gear pump (2) has a pair of gears (8,10) meshed together inside a pump case (4). The pump case is formed of a material e.g. steel, ceramic, whose coefficient of thermal expansion is lower than that of the material e.g. zinc alloy, zinc, light alloy, for each gear.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verdrängerpumpe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und insbesondere eine Außenzahnradpumpe.The The invention relates to a positive displacement pump according to the preamble of claim 1 and in particular an external gear pump.

Außenzahnradpumpen, auch Zahnradpumpen mit Außenverzahnung genannt, sind selbstansaugende Verdränger- oder Förderpumpen, die unter anderem als Hydraulikpumpen sowie als Ölpumpen von Verbrennungsmotoren eingesetzt werden. Ihre Aufgabe ist es, das jeweilige Fördermedium, das schmierende Eigenschaften besitzen sollte, mit einem konstanten Volumenstrom zu fördern, bei Bedarf mit einem Druck bis über 200 bar. Sofern sie als Einzelpumpen ausgebildet sind, bestehen Außenzahnradpumpen im Wesentlichen aus einem Gehäuse, in dem in der Regel zwei zumeist gleichgroße und miteinander im Zahneingriff stehende Zahnräder in Gleitlagern drehbar gelagert sind. Eines der beiden Zahnräder wird von einem Pumpenmotor angetrieben und treibt wiederum selbst das andere Zahnrad mit entgegengesetzter Drehrichtung an. Das flüssige Fördermedium wird von den beiden Zahnrädern, ohne zwischengeschaltete Ventile, von der Saugseite der Pumpe zur Druckseite gefördert, wobei es in den Lücken zwischen benachbarten Zähnen jedes Zahnrads in Drehrichtung der Zahnräder entlang von benachbarten Innenwandbereichen des Gehäuses mitgeführt wird. Die Abdichtung zwischen der Saugseite und der Druckseite erfolgt durch ein möglichst geringes axiales und radiales Spiel zwischen den Stirnseiten der Zahnräder bzw. den Scheiteln der Zähne und den benachbarten Innenwandbereichen des Gehäuses sowie durch den gegenseitigen Eingriff der Zahnräder.External gear pumps, also gear pumps with external teeth are self-priming positive displacement or feed pumps, which, among other things, as hydraulic pumps and as oil pumps for internal combustion engines be used. Your task is to determine the respective medium, which should have lubricating properties with a constant Promote volume flow, if necessary with a pressure up to 200 bar. If they are designed as individual pumps, exist External Gear Pumps essentially from a housing, usually two of the same size and meshing with each other stationary gears are rotatably supported in plain bearings. One of the two gears will driven by a pump motor and in turn drives that itself other gear with opposite direction of rotation. The liquid medium is without the two gears Intermediate valves, from the suction side of the pump to the pressure side encouraged being in the gaps between adjacent teeth each gear in the direction of rotation of the gears along adjacent Inner wall areas of the housing is carried. The sealing between the suction side and the pressure side takes place by as little as possible axial and radial play between the end faces of the gears or the parting of the teeth and the adjacent inner wall areas of the housing and by the mutual Gear engagement.

Die Größe dieses Spiels bzw. die Größe der zugleich zur Schmierung dienenden axialen und radialen Spalte zwischen den rotierenden Zahnrädern und den benachbarten Innenwandbereichen des feststehenden Gehäuses bestimmt den volumetrischen Wirkungsgrad einer Außenzahnradpumpe maßgeblich mit. Da bei den meisten konventionellen Außenzahnradpumpen das Gehäuse aus Aluminium und die Zahnräder aus Stahl hergestellt sind, dehnt sich das Gehäuse mit zunehmender Betriebstemperatur der Pumpe infolge des höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten von Aluminium gegenüber Stahl stärker als die Zahnräder aus, wodurch das Spiel bzw. der Spaltquerschnitt zwischen den Zahnrädern und dem Gehäuse umso größer wird, je höher die Betriebstemperatur ist. Da jedoch bei vielen flüssigen Fördermedien und insbesondere bei den meisten Ölen, wie Hydrauliköl oder Motoröl, mit zunehmender Temperatur auch die Viskosität abnimmt, hat diese Kombination von größeren Spaltquerschnitten und geringerer Viskosität deutlich erhöhte Leckverluste zur Folge. Umgekehrt bewirkt bei sinkenden Betriebstemperaturen die Verkleinerung des radialen und axialen Spiels zwischen den Zahnrädern und dem Gehäuse höhere Geschwindigkeitsgradienten in den Schmierspalten zwischen Zahnrad und Gehäuse. Dies wiederum hat höhere Scherkräfte im Fördermedium und damit eine höhere Reibleistung und einen schlechteren mechanischen Wirkungsgrad der Zahnradpumpe zur Folge, wobei dieser Effekt durch die gleichzeitig erfolgende Zunahme der Viskosität derartiger Fördermedien noch verstärkt wird.The Size of this Game or the size of the at the same time for lubrication axial and radial gaps between the rotating gears and the adjacent inner wall areas of the fixed housing determined the volumetric efficiency of an external gear pump is decisive With. As with most conventional external gear pumps, the housing is made of Aluminum and the gears are made of steel, the housing expands with increasing operating temperature the pump due to the higher CTE of aluminum opposite Steel stronger than the gears from, whereby the game or the gap cross section between the gears and the housing the bigger The higher the operating temperature is. However, since with many liquid media and especially with most oils, such as hydraulic oil or engine oil, with increasing temperature also the viscosity decreases, this combination has larger gap cross-sections and fewer viscosity significantly increased Leakage losses result. Conversely, when the operating temperature drops the reduction of the radial and axial play between the gears and the housing higher Velocity gradients in the lubrication gaps between the gear and housing. This in turn has higher shear in the medium and thus a higher one Friction power and poorer mechanical efficiency Gear pump result, this effect through the simultaneous increase in viscosity such media reinforced becomes.

Aus der DE 199 29 952 C1 ist es bereits bekannt, Zahnräder für eine als Ölpumpe eines Verbrennungsmotors ausgebildete Außenzahnradpumpe durch Sintern aus einer Al/Si-Legierung herzustellen, um den Wärmeausdehnungskoeffizienten der Zahnradrohlinge und der fertigen Zahnräder an denjenigen des Gehäuses anzupassen, das als Teil eines Zylinderblocks des Motors aus Aluminium-Druckguss gefertigt ist. Damit können zwar die Leckverluste der Pumpe bei höheren Betriebstemperaturen gesenkt werden, infolge der abnehmenden Viskosität des Motoröls bei höheren Temperaturen steigen diese jedoch noch immer an.From the DE 199 29 952 C1 it is already known to produce gears for an external gear pump designed as an oil pump of an internal combustion engine by sintering from an Al / Si alloy in order to match the thermal expansion coefficient of the gear blanks and the finished gears to that of the housing, which as part of a cylinder block of the engine made of aluminum Die casting is made. Leakage losses from the pump can be reduced at higher operating temperatures, but due to the decreasing viscosity of the engine oil at higher temperatures, they still increase.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einer Verdrängerpumpe der eingangs genannten Art und insbesondere bei einer Außenzahnradpumpe den mechanischen Wirkungsgrad bei niedrigen Betriebstemperaturen zu verbessern und Leckverluste bei höheren Betriebstemperaturen weiter zu verringern.outgoing the object of the invention is based on this, in the case of a positive displacement pump of the type mentioned and in particular in the case of an external gear pump the mechanical efficiency at low operating temperatures to improve and leakage losses at higher operating temperatures further decrease.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Gehäuse aus einem Material hergestellt wird, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient kleiner ist als der Wärmedehnungskoeffizient des Materials, aus dem das Verdrängerelement, bei der Außenzahnradpumpe die Zahnräder, hergestellt ist. Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, größeren Leckverlusten bei höheren Betriebstemperaturen und einem schlechteren mechanischen Wirkungsgrad bei niedrigen Betriebstemperaturen dadurch entgegenzuwirken, dass infolge der erfindungsgemäßen Materialpaarung anders als im Stand der Technik die Spaltbreite zusammen mit der Viskosität des Fördermediums temperaturabhängig größer bzw. kleiner wird.This The object of the invention solved, that the housing is made from a material whose coefficient of thermal expansion is smaller is called the coefficient of thermal expansion of the material from which the displacement element, for the external gear pump the gears, is made. The invention is based on the idea of greater leakage losses at higher Operating temperatures and poorer mechanical efficiency counteract at low operating temperatures by the fact that due to the material pairing according to the invention unlike in the prior art, the gap width together with the viscosity of the medium temperature-dependent larger or gets smaller.

Während die genannten Vorteile der geringeren Spaltbreiten bei Außenzahnradpumpen sowohl in axialer und radialer Richtung vorhanden sind, werden bei anderen Verdrängerpumpen mit rotierendem Verdrängerelement, wie beispielsweise Innenzahnrad- oder Flügelzellenpumpen, diese Vorteile in axialer Richtung ebenfalls erzielt. Aus Gründen der Vereinfachung wird nachfolgend jedoch auf Außenzahnradpumpne Bezug genommen.While the mentioned advantages of the smaller gap widths are present in external gear pumps both in the axial and radial direction, with other displacement pumps with a rotating displacement element, such as internal gear pumps or vane pumps, these advantages are also achieved in the axial direction. For the sake of simplicity, however, the following will be external teeth referenced wheel pump.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Gehäuse aus einem Material hergestellt ist, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient weniger als 15 × 10–6 K–1 und vorzugsweise weniger als 13 × 10–6 K–1 beträgt, während die Zahnräder zweckmäßig aus einem Material mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von mehr als 18 × 10–6 K–1 und vorzugsweise von mehr als 20 × 10–6 K–1 hergestellt sind.A preferred embodiment of the invention provides that the housing is made of a material whose coefficient of thermal expansion is less than 15 × 10 -6 K -1 and preferably less than 13 × 10 -6 K -1 , while the gears are expediently made of a material with a coefficient of thermal expansion of more than 18 × 10 -6 K -1 and preferably more than 20 × 10 -6 K -1 .

Eine besonders gut geeignete Materialpaarung ist Stahl und Aluminium, wobei jedoch im Gegensatz zum Stand der Technik das Gehäuse aus Stahl und die Zahnräder aus Aluminium hergestellt sind. Alternativ dazu könnte jedoch das Gehäuse auch aus einem keramischen Werkstoff oder im Falle geringer Förderdrücke sogar aus einem Kunststoffmaterial hergestellt werden, deren Wärmeausdehnungskoeffizienten noch unter denjenigen von Stahl liegen, so dass dieses Material in diesem Fall zur Herstellung der Zahnräder verwendet werden könnte. Bei Verwendung eines Stahlgehäuses könnte für die Zahnräder an Stelle von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung auch Zink oder eine Zinklegierung verwendet werden, deren Wärmeausdehnungskoeffizienten mit denjenigen von Aluminium vergleichbar sind.A particularly suitable material pairing is steel and aluminum, however, in contrast to the prior art, the housing made of steel and the gears are made of aluminum. Alternatively, however the case too from a ceramic material or even in the case of low delivery pressures be made of a plastic material, the coefficient of thermal expansion are still below those of steel, so this material in this case could be used to manufacture the gears. at Use of a steel case could for the gears zinc instead of aluminum or an aluminum alloy or a zinc alloy can be used, whose coefficient of thermal expansion are comparable to those of aluminum.

Der Begriff Gehäuse im Kontext dieser Anmeldung umfasst vor allem die Begrenzungswände einer die Zahnräder beherbergenden Gehäuseausnehmung, durch die das Fördermedium von der Saugseite zur Druckseite der Pumpe gefördert wird, wobei diese Begrenzungswände durch Schmierspalte von den Stirnseiten bzw. den Scheiteln der Zähne der Zahnräder getrennt sind. An den Stirnseiten der Zahnräder können diese Begrenzungswände entweder von Teilen des eigentlichen Gehäuses oder alternativ auch von stirnseitig an die Zahnräder angrenzenden Lagerböcken gebildet werden, in denen die Gleitlager für die drehbare Lagerung der Zahnräder angeordnet sind.The Term housing In the context of this application, the boundary walls include one the gears housing recess, through which the pumped medium is conveyed from the suction side to the pressure side of the pump, these boundary walls through Lubrication gaps from the end faces or the crowns of the teeth of the gears are separated. These boundary walls can either be on the end faces of the gears of parts of the actual housing or alternatively also from the end face adjacent to the gear wheels bearing blocks are formed in which the plain bearings for the rotatable mounting of the Gears arranged are.

In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Breite von axialen und radialen Schmierspalten zwischen dem Gehäuse und den Zahnrädern so eingestellt wird, dass sie bei der maximal zulässigen Betriebstemperatur die kleinste zulässige Abmessung aufweist.In a further preferred embodiment of the invention is provided that the width of axial and radial lubrication gaps between the housing and the gears is set so that it is at the maximum permissible operating temperature the smallest allowable Dimension has.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus Kombinationen der in den Unteransprüchen genannten Merkmale.Further advantageous embodiments result from combinations of those mentioned in the subclaims Characteristics.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der zugehörigen Zeichnungen in einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt:The Invention is described below with reference to the accompanying drawings embodiment explained in more detail. It shows:

1: eine Längsschnittansicht einer erfindungsgemäßen Außenzahnradpumpe mit einem Gehäuse und zwei Zahnrädern; 1 : A longitudinal sectional view of an external gear pump according to the invention with a housing and two gears;

2: eine Querschnittsansicht der Außenzahnradpumpe entlang der Linie II-II der 1; 2 : A cross-sectional view of the external gear pump along the line II-II of 1 ;

3: die Temperaturabhängigkeit des axialen und radialen Spiels zwischen dem Gehäuse und den Zahnrädern bei der erfindungsgemäßen Außenzahnradpumpe; 3 : The temperature dependence of the axial and radial play between the housing and the gears in the external gear pump according to the invention;

4: die Temperaturabhängigkeit des axialen und radialen Spiels zwischen dem Gehäuse und den Zahnrädern bei einer Außenzahnradpumpe gemäß dem Stand der Technik. 4 : the temperature dependence of the axial and radial play between the housing and the gears in an external gear pump according to the prior art.

Die in den 1 und 2 dargestellte, als Einzelpumpe ausgebildete Außenzahnradpumpe 2 wird als Hydraulikpumpe zum Fördern von Hydraulikflüssigkeit eingesetzt. Sie besteht im Wesentlichen aus einem Gehäuse 4 sowie zwei in Gleitlagern 6 innerhalb des Gehäuses 4 drehbar gelagerten, im Zahneingriff stehenden Zahnrädern 8, 10 mit Außenverzahnung.The in the 1 and 2 shown, designed as a single pump external gear pump 2 is used as a hydraulic pump for pumping hydraulic fluid. It essentially consists of a housing 4 as well as two in plain bearings 6 inside the case 4 rotatably mounted, meshing gears 8th . 10 with external teeth.

Das Gehäuse 4 besteht im Wesentlichen aus einem Mittelteil 12, der neben den beiden Zahnrädern 8, 10 noch zwei Lagerböcke 14 für die beiden Gleitlager 6 der Zahnräder 8, 10 sowie an seinen entgegengesetzten Stirnseiten je eine Dichtungsscheibe 16 für den hydrostatischen Spielausgleich beherbergt, einem durch Schrauben 18 am Gehäuse 4 befestigten Lagerdeckel 20, der das Gehäuse 4 an der einen Stirnseite des Mittelteils 12 verschließt, sowie einem ebenfalls durch die Schrauben 18 am Gehäuse 4 befestigten Montageflansch 22, der das Gehäuse 4 an der zum Lagerdeckel 20 entgegengesetzten Stirnseite des Mittelteils 12 verschließt und zum Anflanschen der Zahnradpumpe 2 an einer Antriebsquelle (nicht dargestellt) dient.The housing 4 consists essentially of a middle part 12 that next to the two gears 8th . 10 two more pedestals 14 for the two plain bearings 6 of the gears 8th . 10 and a sealing washer on each of its opposite faces 16 for hydrostatic clearance compensation, one by screwing 18 on the housing 4 attached bearing cap 20 who the housing 4 on one end of the middle section 12 closes, as well as one by the screws 18 on the housing 4 attached mounting flange 22 who the housing 4 on the to the bearing cover 20 opposite end of the middle section 12 closes and for flange mounting the gear pump 2 at a drive source (not shown).

Der Mittelteil 12 des Gehäuses 4 weist eine zur Aufnahme der beiden Zahnräder 8, 10, der Lagerböcke 14 und der Dichtungsscheiben 16 dienende Ausnehmung 24 auf, die in der Querschnittsansicht der 2 im Wesentlichen die Form der Ziffer 8 besitzt. Weiter ist der Mittelteil 12 des Gehäuses 4 mit einer saugseitigen Eintrittsbohrung 26 und mit einer druckseitigen Austrittsbohrung 28 versehen, durch die das zu fördernde Hydrauliköl von den Zahnrädern 8, 10 ins Innere des Gehäuses 4 angesaugt bzw. aus diesem ausgestoßen wird. Die Eintrittsbohrung 26 und die Austrittsbohrung 28 weisen fluchtende Mittelachsen auf und liegen sich in Bezug zu einer Längssymmetrieebene 30 des Gehäuses 4 diametral gegenüber. Die beiden Bohrungen 26, 28 münden jeweils in die Ausnehmung 24, und zwar in der Nähe der Stellen, wo sich die Zähne 32 der beiden Zahnräder 8, 10 auseinander bzw. zusammen bewegen. Über den äußeren Mündungen der beiden Bohrungen 26, 28 auf entgegengesetzten Breitseitenflächen des Mittelteils 12 des Gehäuses 4 ist jeweils ein Anschlussflansch einer saugseitigen bzw. druckseitigen Förderleitung (nicht dargestellt) befestigt, durch welche die Hydraulikflüssigkeit zur Pumpe 2 bzw. von dieser aus weiter gefördert wird.The middle part 12 of the housing 4 has one for receiving the two gears 8th . 10 , the pedestals 14 and the sealing washers 16 serving recess 24 on that in the cross-sectional view of the 2 essentially the shape of the digit 8th has. Next is the middle section 12 of the housing 4 with an inlet hole on the suction side 26 and with an outlet bore on the pressure side 28 provided, through which the hydraulic oil to be pumped from the gears 8th . 10 inside the case 4 is sucked in or ejected from it. The entry hole 26 and the exit hole 28 have aligned central axes and lie in relation to a plane of longitudinal symmetry 30 of the housing 4 diametrically opposite. The two holes 26 . 28 each open into the recess 24 , nearby the places where the teeth are 32 of the two gears 8th . 10 move apart or together. Over the outer mouths of the two holes 26 . 28 on opposite broad side surfaces of the middle part 12 of the housing 4 a connection flange of a suction-side or pressure-side delivery line (not shown) is fastened, through which the hydraulic fluid to the pump 2 or is further promoted from there.

Jedes der beiden Zahnräder 8, 10 ist als geradverzahntes Stirnrad einstückig mit zwei über seine Stirnseiten überstehenden Wellenstümpfen 34 ausgebildet, wobei die Abmessungen der Zähne 32 so an die Abmessungen der Gehäuseausnehmung 24 angepasst sind, dass sich ihre Scheitel zwischen den inneren Mündungen der Eintrittsbohrung 26 und der Austrittsbohrung 28 mit geringem radialem Spiel an den benachbarten, die Ausnehmung 24 begrenzenden Innenwandbereichen des Gehäuses 4 vorbeibewegen. Die beiden entgegengesetzten Wellenstümpfe 34 jedes Zahnrads 8, 10 sind in den Gleitlagern 6 der beiden Lagerböcke 14 gelagert, deren Umriss dem Öffnungsquerschnitt der Ausnehmung 24 entspricht und die mit geringem axialem Spiel an die Zahnräder 8, 10 angrenzen. Einer der beiden Wellenstümpfe 34 des Zahnrads 10 erstreckt sich durch eine Durchtrittsöffnung 36 des Montageflanschs 22 hindurch aus dem Gehäuse 4 heraus, wo er eine Keilverzahnung 38 zur formschlüssigen drehfesten Verbindung mit einer Abtriebswelle des Antriebsmotors trägt. Innerhalb der Durchtrittsöffnung 36 ist der Wellenstumpf 34 zum Flansch 22 hin abgedichtet.Each of the two gears 8th . 10 is a straight-toothed spur gear in one piece with two shaft ends protruding from its front sides 34 formed, the dimensions of the teeth 32 so to the dimensions of the housing recess 24 are adjusted so that their apex is between the inner mouths of the entry hole 26 and the exit hole 28 with little radial play on the neighboring, the recess 24 delimiting inner wall areas of the housing 4 move past. The two opposite stumps 34 every gear 8th . 10 are in the plain bearings 6 of the two pillow blocks 14 stored, the outline of the opening cross-section of the recess 24 corresponds to and with little axial play on the gears 8th . 10 adjoin. One of the two stumps 34 of the gear 10 extends through a passage opening 36 of the mounting flange 22 through from the housing 4 out where he's splined 38 for a positive, rotationally fixed connection to an output shaft of the drive motor. Inside the passage opening 36 is the wave stump 34 to the flange 22 sealed off.

Beim Betrieb der Pumpe 2 bewegen sich die Zähne 32 der beiden Zahnräder 8, 10 aufgrund von deren Drehung saugseitig auseinander, wodurch dort ein Unterdruck entsteht, der ggf. zusammen mit dem Atmosphärendruck in einem an die saugseitige Rohr- oder Schlauchleitung angeschlossenen Reservoir (nicht dargestellt) eine Ansaugung von Hydraulikflüssigkeit aus dem Reservoir ins Gehäuseinnere bewirkt. Die angesaugte Flüssigkeit strömt am inneren Ende der Eintrittsbohrung 26 in die Zwischenräume 40 zwischen zwei jeweils benachbarten Zähnen 32 jedes Zahnrads 8, 10, in denen sie infolge der Drehung der Zahnräder 8, 10 in Richtung der Pfeile (2) zur Austrittsbohrung 28 gefördert wird. In der Nähe Austrittsbohrung 28 treten die Zähne 32 der beiden Zahnräder 8, 10 wieder miteinander in Eingriff, wobei die Flüssigkeit aus den Zwischenräumen 40 zwischen den Zähnen 32 verdrängt und durch die Austrittsbohrung 28 ausgestoßen wird. Durch den gegenseitigen Eingriff der Zähne 32 der beiden Zahnräder 8, 10 wird gleichzeitig verhindert, dass die Flüssigkeit zwischen den beiden Zahnrädern 8, 10 hindurch zur Saugseite zurück strömt.When operating the pump 2 the teeth move 32 of the two gears 8th . 10 due to their rotation apart on the suction side, which creates a negative pressure there, which, together with the atmospheric pressure in a reservoir connected to the suction-side pipe or hose line (not shown), causes hydraulic fluid to be drawn from the reservoir into the interior of the housing. The aspirated liquid flows at the inner end of the inlet bore 26 in the gaps 40 between two adjacent teeth 32 every gear 8th . 10 in which they are due to the rotation of the gears 8th . 10 in the direction of the arrows ( 2 ) to the exit hole 28 is promoted. Near exit hole 28 kick your teeth 32 of the two gears 8th . 10 again engaged with each other, taking the fluid out of the gaps 40 between the teeth 32 displaced and through the exit hole 28 is expelled. By the mutual engagement of the teeth 32 of the two gears 8th . 10 at the same time prevents the fluid between the two gears 8th . 10 flows back to the suction side.

Während bei konventionellen Außenzahnradpumpen gewöhnlich das Gehäuse aus Aluminium und damit aus einem Material mit einem hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten besteht, und zugleich die beiden Zahnräder aus Stahl und damit aus einem Material mit einem niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten bestehen, ist die Materialpaarung bei der dargestellten Außenzahnradpumpe 2 im Wesentlichen umgekehrt. Die beiden Zahnräder 8, 10 bestehen dort aus einem Material, dessen Wärmedehnungskoeffizient höher ist als derjenige des Gehäuses 4 und der beiden Lagerböcke 14. Zum Beispiel können die Zahnräder 8, 10 je nach Belastung aus einem Leichtmetall, wie Aluminium, oder einer Leichtmetalllegierung, wie einer Aluminiumlegierung, bestehen, während das Gehäuse 4, oder zumindest die für die Förderung der Hydraulikflüssigkeit relevanten Gehäuseteile, insbesondere die an das Gehäuseinnere angrenzenden Gehäusewände des Mittelteils 12 und die Lagerböcke 14 aus Stahl bestehen. Alternativ können das Gehäuse 4 und die Lagerböcke 14 auch aus einem keramischen Werkstoff oder ggf. sogar aus einem starren hochfesten Kunststoffmaterial hergestellt werden, sofern der Förderdruck der Pumpe 2 und damit die Materialbeanspruchung verhältnismäßig gering ist.While in conventional external gear pumps the housing is usually made of aluminum and thus made of a material with a high coefficient of thermal expansion, and at the same time the two gears are made of steel and therefore made of a material with a low coefficient of thermal expansion, the material pairing in the external gear pump shown is 2 essentially the reverse. The two gears 8th . 10 there consist of a material whose thermal expansion coefficient is higher than that of the housing 4 and the two pillow blocks 14 , For example, the gears 8th . 10 depending on the load of a light metal, such as aluminum, or a light metal alloy, such as an aluminum alloy, while the housing 4 , or at least the housing parts relevant for the delivery of the hydraulic fluid, in particular the housing walls of the middle part adjoining the housing interior 12 and the pillow blocks 14 are made of steel. Alternatively, the housing 4 and the pillow blocks 14 also be made from a ceramic material or possibly even from a rigid, high-strength plastic material, provided the delivery pressure of the pump 2 and so the material stress is relatively low.

Zum Beispiel weisen die meisten üblichen Aluminiumlegierungen Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen 21 × 10–6 K–1 und 26 × 10–6 K–1 auf, während allgemein der Wärmedehnungskoeffizient von Eisenlegierungen mit einem Eisengehalt von über 80 Gew.-% im Bereich zwischen 10 × 10–6 K–1 und 12,5 × 10–6 K–1 liegt und für Stahl etwa 12 bis 12,2 × 10–6 6 K–1 beträgt.For example, most common aluminum alloys have coefficients of thermal expansion between 21 x 10 -6 K -1 and 26 x 10 -6 K -1 , while generally the coefficient of thermal expansion of iron alloys with an iron content in excess of 80% by weight ranges between 10 x 10 -6 K -1 and 12.5 x 10 -6 K -1 and for steel is about 12 to 12.2 x 10 -6 6 K -1 .

Da Zink ebenfalls einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von mehr als 20 × 10–6 K–1 aufweist, wäre unter den oben genannten Gesichtspunkten grundsätzlich auch dieses Material und seine Legierungen zur Herstellung der Zahnräder 8, 10 der Pumpe 2 geeignet, zum Beispiel durch Druckguss, deren Gehäuse 4 und Lagerböcke 14 aus Stahl oder einem anderen Material bestehen, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient unter 18 × 10–6 K–1 und vorzugsweise unter 16 × 10–6 K–1 liegt.Since zinc also has a coefficient of thermal expansion of more than 20 × 10 −6 K −1 , this material and its alloys would in principle also be used to manufacture the gearwheels from the above-mentioned points of view 8th . 10 the pump 2 suitable, for example by die casting, their housing 4 and pillow blocks 14 consist of steel or another material, the coefficient of thermal expansion of which is below 18 × 10 -6 K -1 and preferably below 16 × 10 -6 K -1 .

Da in den oben genannten Fällen der Wärmeausdehnungskoeffizient des Gehäuses 4 und der Lagerböcke 14 kleiner als derjenige der Zahnräder 8, 10 ist, nimmt das axiale und radiale Spiel S an den Stirnseiten der Zahnräder 8, 10 bzw. an den Scheiteln der Zähne 32 mit zunehmender Betriebstemperatur der Pumpe ab, wie in 3 dargestellt, wo das Spiel bzw. die Spaltbreite S zwischen zwei aus Aluminium hergestellten Zahnrädern 8, 10 und einem aus Stahl hergestellten Gehäuse 4, 14 in Abhängigkeit von der Betriebstemperatur der erfindungsgemäßen Pumpe 2 dargestellt ist.Because in the above cases, the coefficient of thermal expansion of the housing 4 and the pedestals 14 smaller than that of the gears 8th . 10 is the axial and radial play S on the end faces of the gears 8th . 10 or on the crowns of the teeth 32 with increasing operating temperature of the pump, as in 3 shown where the game or the gap width S between two gears made of aluminum 8th . 10 and a housing made of steel 4 . 14 depending on the operating temperature of the pump according to the invention 2 is shown.

Die Einstellung dieses Spiels erfolgt dabei derart, dass die Spaltbreite S bei der maximal zulässigen Betriebstemperatur Tmax die kleinste zulässige Abmessung aufweist und mit abnehmender Betriebstemperatur allmählich größer wird.This game is stopped such that the gap width S has the smallest permissible dimension at the maximum permissible operating temperature T max and gradually increases with decreasing operating temperature.

Die vorgenannte Beziehung zwischen der Betriebstemperatur und dem axialen und radialen Spiel bietet vor allem bei der Förderung solcher Flüssigkeiten Vorteile, deren Viskosität mit abnehmender Betriebstemperatur geringer wird. In diesem Fall führen die etwas größeren Spalte bei niedrigen Betriebstemperaturen zu einer Verminderung der Scherbeanspruchungen und damit wegen der geringeren Reibung bzw. Leistungsaufnahme des Fördermediums zu einer Verbesserung des mechanischen Wirkungsgrades, haben jedoch infolge der höheren Viskosität des Fördermediums keine erhöhten Leckageverluste zur Folge. Bei hohen Betriebstemperaturen können dagegen die Leckverluste verringert werden, während die Scherkräfte aufgrund höherer Geschwindigkeitsgradienten in den kleineren Spalten im dünnflüssigeren Fördermedium nur wenig ansteigen und damit keine wesentliche Vergrößerung der Reibung bzw. der Leistungsaufnahme des Fördermediums zur Folge haben, so dass ein guter mechanische Wirkungsgrad erzielt werden kann.The aforementioned relationship between the operating temperature and the axial and radial play offers especially when pumping such liquids Advantages whose viscosity decreases with decreasing operating temperature. In this case to lead the slightly larger column at low operating temperatures to reduce shear stress and thus because of the lower friction or power consumption of the conveying medium to improve the mechanical efficiency, however as a result of the higher viscosity of the medium no raised Leakage losses result. In contrast, at high operating temperatures the leakage losses are reduced while the shear forces are due higher Velocity gradients in the smaller gaps in the thinner one conveying medium increase only slightly and therefore no significant increase in the Result in friction or the power consumption of the pumped medium, so that good mechanical efficiency can be achieved.

Wie man aus 4 entnehmen kann, welche die Temperaturabhängigkeit des axialen und radialen Spiels zwischen dem Gehäuse und den Zahnrädern bei einer identischen konventionellen Außenzahnradpumpe mit einem aus Aluminium bestehenden Gehäuse und zwei aus Stahl bestehenden Zahnrädern zeigt, muss dort die kleinste zulässige Spaltbreite bei der niedrigsten zulässigen Betriebstemperatur Tmin eingestellt werden, von wo sie mit zunehmender Betriebstemperatur immer größer wird. Bei einem Fördermedium, dessen Viskosität wie bei den meisten Ölen mit der Temperatur zunimmt, führt dies bei niedrigen Betriebstemperaturen zu hohen Scherkräften im Fördermedium und damit wegen der größeren Reibung bzw. Leistungsaufnahme des Fördermediums zu einer Verschlechterung des mechanischen Wirkungsgrades, während mit zunehmender Temperatur infolge der größeren Spaltbreiten in Verbindung mit der geringeren Viskosität steigende Leckverluste die Folge sind.How to get out 4 which shows the temperature dependence of the axial and radial play between the housing and the gears in an identical conventional external gear pump with an aluminum housing and two steel gears, the smallest permitted gap width must be set at the lowest permitted operating temperature T min from where it increases with increasing operating temperature. In the case of a pumped medium, the viscosity of which, like most oils, increases with temperature, this leads to high shear forces in the pumped medium at low operating temperatures and thus to a deterioration in the mechanical efficiency due to the greater friction or power consumption of the pumped medium, while the temperature increases as a result of the Larger gap widths in connection with the lower viscosity result in increasing leakage losses.

Claims (13)

Verdrängerpumpe mit einem Gehäuse und mindestens einem im Gehäuse drehbar gelagerten Verdrängerelement, wobei das Gehäuse einerseits und das Verdrängerelement andererseits aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (4) aus einem Material hergestellt ist, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient kleiner ist als der Wärmedehnungskoeffizient des Materials, aus dem das Verdrängerelement (8, 10) hergestellt ist.Displacement pump with a housing and at least one displacement element rotatably mounted in the housing, the housing on the one hand and the displacement element on the other hand being made of different materials, characterized in that the housing ( 4 ) is made of a material whose coefficient of thermal expansion is smaller than the coefficient of thermal expansion of the material from which the displacement element ( 8th . 10 ) is manufactured. Verdrängerpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (4) aus einem Material mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von weniger als 15 × 10–6 K–1 und vorzugsweise von weniger als 13 × 10–6 K–1 hergestellt ist, und dass das Verdrängerelement (8, 10) aus einem Material mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von mehr als 18 × 10–6 K–1 und vorzugsweise von mehr als 20 × 10–6 K–1 hergestellt sind.Positive displacement pump according to claim 1, characterized in that the housing ( 4 ) is made of a material with a coefficient of thermal expansion of less than 15 × 10 -6 K -1 and preferably less than 13 × 10 -6 K -1 , and that the displacement element ( 8th . 10 ) are made of a material with a coefficient of thermal expansion of more than 18 × 10 -6 K -1 and preferably of more than 20 × 10 -6 K -1 . Verdrängerpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (4) aus Stahl hergestellt ist.Displacement pump according to one of the preceding claims, characterized in that the housing ( 4 ) is made of steel. Verdrängerpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (4) aus einem keramischen Werkstoff hergestellt ist.Displacement pump according to one of the preceding claims, characterized in that the housing ( 4 ) is made of a ceramic material. Verdrängerpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (4) aus Kunststoff hergestellt ist.Displacement pump according to one of the preceding claims, characterized in that the housing ( 4 ) is made of plastic. Verdrängerpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdrängerelement (8, 10) aus Leichtmetall oder einer Leichtmetalllegierung hergestellt ist.Displacement pump according to one of the preceding claims, characterized in that the displacement element ( 8th . 10 ) is made of light metal or a light metal alloy. Verdrängerpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdrängerelement (8, 10) aus Zink oder einer Zinklegierung hergestellt ist.Displacement pump according to one of the preceding claims, characterized in that the displacement element ( 8th . 10 ) is made of zinc or a zinc alloy. Verdrängerpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdrängerelement (8, 10) aus Kunststoff hergestellt ist.Displacement pump according to one of the preceding claims, characterized in that the displacement element ( 8th . 10 ) is made of plastic. Verdrängerpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (S) von axialen Schmierspalten zwischen dem Gehäuse (4) und dem Verdrängerelement (8, 10) bei der maximal zulässigen Betriebstemperatur Tmax die kleinste zulässige Abmessung aufweist.Displacement pump according to one of the preceding claims, characterized in that the width (S) of axial lubrication gaps between the housing ( 4 ) and the displacement element ( 8th . 10 ) has the smallest permissible dimension at the maximum permissible operating temperature T max . Verdrängerpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrängerpumpe eine Außenzahnradpumpe und mindestens zwei Verdrängerelemente in Form von Zahnrädern aufweist.displacement according to one of the preceding claims, characterized in that that the positive displacement pump an external gear pump and at least two displacement elements in the form of gears having. Verdrängerpumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (S) von axialen Schmierspalten zwischen dem Gehäuse (4) und den Zahnrädern (8, 10) bei der maximal zulässigen Betriebstemperatur Tmax die kleinste zulässige Abmessung aufweist.Displacement pump according to Claim 10, characterized in that the width (S) of axial lubrication gaps between the housing ( 4 ) and the gears ( 8th . 10 ) has the smallest permissible dimension at the maximum permissible operating temperature T max . Verdrängerpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrängerpumpe eine Innenzahnradpumpe ist.Displacement pump according to one of claims 1 to 9, characterized in that the Ver external pump is an internal gear pump. Verdrängerpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrängerpumpe eine Flügelzellenpumpe ist.displacement according to one of the claims 1 to 9, characterized in that the positive displacement pump is a vane pump is.
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